Thèses du laboratoire

Nina Guérin

Les picoeucaryotes photosynthétiques (PPE) sont abondants dans tous les océans et constituent une grande part de la biomasse et de la production primaire. Les modèles climatiques prédisent une extension des zones oligotrophes dans les prochaines décennies ce qui pourrait fortement augmenter l’abondance et l’impact écologique des PPE. Parmi eux, la microalgue Pelagomonas calceolata (Stramenopiles/Pelagophyceae) est très largement répandue dans les océans (Worden et al., 2012) mais son rôle dans le cycle du carbone et son impact sur la chaine trophique restent méconnus (Dupont et al., 2015). Des analyses in situ et in vitro suggèrent que P. calceolata peut s’adapter aux variations environnementales grâce à une importante capacité de modulation d’expression transcriptomique (Carradec et al., 2018 ; Dimer et al., 2009). L’objectif de cette thèse est de comprendre comment P. calceolata s’adapte aux variations environnementales des nombreux milieux qu’elle occupe. Le projet se décompose en deux parties qui permettront de caractériser les capacités d’adaptation de Pelagomonas calceolata par des analyses de données in situ d’une part, et des analyses en laboratoire d’autre part. Le premier objectif sera d’étudier l’activité transcriptomique de P.calceolata dans les métatranscriptomes issus des échantillons d’eau collectés au cours des expéditions Tara Oceans et Tara Pacific. Plus de 700 échantillons provenant de tous les océans du globe et couvrant des types d’écosystèmes variés sont maintenant disponibles pour réaliser une analyse bioinformatique globale de l’activité transcriptomique P. calceolata. Grâce à ces données et au génome complet récemment séquencé et assemblé, nous sommes en capacité d’étudier l’expression de ses gènes dans les différentes conditions environnementales afin de déterminer les facteurs permettant la prolifération de P. calceolata et les gènes impliqués dans cette adaptation. En parallèle de l’analyse bioinformatique des données in situ, P. calceolata sera mis en culture dans le laboratoire dans des conditions variables afin de tester les capacités de prolifération de la micro-algue en fonction de la variation de paramètre données (température, quantité de fer, source et quantité d’azote, etc, selon les résultats de l’analyse métatranscriptomique). Les ARN seront extraits dans ces différentes conditions puis séquencés afin de voir la réponse transcriptomique de P. calceolata à ces différentes conditions dans un environnement contrôlé. Cette thèse présente une double approche bio-informatique/validation expérimentale afin d’étudier quels sont les fonctions impliqués dans l’adaptation de P. calceolata et de comprendre comment la régulation transcriptomique permet à cette algue d’être cosmopolite.

Thomas Vannier

Le plancton représente l’ensemble des organismes qui dérivent le long des courants marins. Par sa partie phytoplancton, il produit autant d’oxygène que toutes les plantes terrestres et est, à travers le cycle du carbone, un important régulateur de la machine climatique ainsi que de l’acidité des océans. De plus, il est à la base de la chaîne alimentaire. L’écosystème planctonique joue donc un rôle important dans les équilibres nécessaires à la vie sur Terre. Pourtant, celui-ci reste peu connu. Avec le développement du séquençage haut débit et de la métagénomique, il est maintenant possible d’étudier les séquences d’ADN des micro-organismes présents dans des échantillons issus de l’océan. Le projet Tara Oceans (2009-2012) est la première expédition à avoir réalisé une collecte et un séquençage des micro-organismes planctoniques présents dans les eaux de surface à l’échelle de la planète tout en intégrant des mesures environnementales.Cette thèse consiste à étudier l’organisation génomique de l’écosystème planctonique dans les eaux océaniques de surface. Pour cela, il a été utilisé les séquences d’ADN de 644 échantillons métagénomiques correspondant à 6 fractions de taille d’organisme planctonique, allant des virus aux petits métazoaires, ainsi que les données environnementales des 113 stations Tara Oceans correspondantes. L’objectif étant de mieux comprendre dans quelle mesure l’organisation génomique et spatiale à l’échelle des individus ainsi qu’à celle des communautés micro-planctoniques est influencée par la circulation océanique et les variations environnementales.L’étude de la diversité génomique et spatiale du phytoplancton Bathycoccus prasinos a été réalisée à partir des séquences du génome de référence et d’une partie d’un second génome obtenu lors de l’expédition par une méthode d’amplification à cellule unique (SAG). La comparaison de ces deux génomes partageant la même séquence de l’ARNr 18S a révélé qu’il s’agissait de deux espèces distinctes de Bathycoccus. Une analyse de métagénomique ciblée a permis de décrire la biogéographie de ces deux écotypes qui sont présents dans des environnements différents. Enfin, cette analyse a révélé une variabilité du contenu en gènes dans les différents échantillons ce qui induit une grande plasticité génomique au sein d’une même espèce.Il est nécessaire de passer a un niveau global pour étudier l’organisation des communautés planctoniques dans les océans. La métagénomique comparative sur l’ensemble des échantillons Tara Oceans et sur les différentes fractions de tailles d’organismes permet ce passage à large échelle. L’évaluation de l’outil Compareads permettant de connaître la similarité en lectures entre deux jeux de données métagénomiques a été réalisée sur une partie des échantillons du projet Tara Oceans. Cette analyse a montré qu’il était possible avec les données métagénomiques d’étudier les modifications de la diversité génomique des communautés micro-planctoniques dans différents océans. L’analyse de la variabilité génomique le long de grands courants océaniques est alors envisageable. Un travail collaboratif pour l’amélioration de Compareads a permis le développement de l’outil COMMET qui, associé à des super calculateurs permet de réaliser les comparaisons de l’ensemble des échantillons Tara Oceans. Avec une heuristique similaire, le calcul de distances de diversité beta entre les échantillons métagénomiques a permis de proposer la première biogéographie des communautés virales, bactériennes et eucaryotes. Il a été démontré que les courants océaniques et les variations physico-chimiques ont un impact différent sur l’organisation génomique des communautés micro-planctoniques qui serait plus ou moins important selon l’échelle de temps et la taille des micro-organismes